Размещено на http://www.Allbest.ru/

12

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего образования

Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Факультет информационных систем и технологий

Направление(специальность): Информационные системы и технологии

Кафедра информационных систем и технологий

Выпускная квалификационная работа (бакалаврская работа)

Титульный лист

Тема:

Локальная вычислительная сеть с элементами системы контроля доступа

Разработал А.Я. Сухоносов

Студент группы ИСТ-31

Руководитель доц.

к.т.н. Д.Ю. Полукаров

Самара 2017



ЗАДАНИЕ

по подготовке выпускной квалификационной работы

Студента Сухоносова Александра Яковлевича

1. Тема ВКР: Локальная вычислительная сеть с элементами системы контроля доступа

2. Срок сдачи студентом законченной ВКР - 09.06.2017

3. Исходные данные и постановка задачи

Количество рабочих станций в сети: 21 шт.

Архитектура сети: одноранговая.

Серверная часть: файловый сервер + сервер видеонаблюдения + прокси-сервер.

Сетевые принтеры: 6 шт.

Источник бесперебойного питания должен обеспечивать корректное завершение работы сервера.

Глубина архива системы видеонаблюдения - 30 дней.

Задание по подготовке ВКР

Перечень подлежащих разработке в ВКР вопросов или краткое содержание ВКР

Сроки исполнения 09.06.2017

Обзор и сравнительный анализ сетевого оборудования.

Обзор и сравнительный анализ серверных операционных систем.

Серверная часть: файловый сервер + сервер видеонаблюдения + прокси-сервер.

Разработка архитектуры сети

Моделирование сети

Перечень графического материала. Сроки исполнения 09.06.2017

Презентационный материал к защите ВКР

Руководитель доцент к.т.н., доц. Д.Ю. Полукаров

Задание принял к исполнению ИСТ-31 А.Я. Сухоносов

ВВЕДЕНИЕ

Данная работа посвящена организации корпоративной компьютерной сети предприятия.

На сегодняшний день трудно представить организацию, имеющую парк компьютерной техники, не объединенный в корпоративную сеть, что обуславливает актуальность данной работы.

Целью данной работы является создание малой корпоративной сети муниципального предприятия.

Объектом исследования является предприятие.

Предмет исследования - корпоративные локальные сети.

Задачи данной работы - выбор оптимальной технологии объединения парка компьютерной техники в сеть, организация совместного доступа к общим ресурсам, безопасного доступа к глобальной сети Интернет и охранного видеонаблюдения за объектом.

Предприятие, для которого выполнено проектирование, еще не имеет локальной сети.

Объединение персональных компьютеров в корпоративную сеть позволит решить поставленные задачи, ключевой из которых является совместное использование ресурсов. В качестве разделяемых сетевых ресурсов могут выступать различные периферийные устройства, дисковая память, базы данных различных систем учета и ведения хозяйственной деятельности, доступ в глобальную сеть Интернет, что позволяет сделать вывод о практической значимости данной работы.

В данной работе рассмотрены вопросы выбора аппаратной конфигурации сервера, серверной операционной системы, расчета источника бесперебойного питания, организации общих ресурсов на сервере, настройки необходимых сетевых служб, выбора активного сетевого оборудования, создания кабельной инфраструктуры.

Необходимо отметить, что немаловажным фактором является надежность хранения информации. Как правило, на одном ПК дисковая подсистема представлена один жестким диском. Его внезапный выход из строя в большинстве ситуаций приводит к безвозвратной потере информации, на нем хранящейся. Повысить надежность хранения информации позволяет файловый сервер, имеющий высокопроизводительную дисковую подсистему с резервированием.

Структура работы включает введение, три главы, список использованных источников и приложения.

Первая глава данной работы посвящена обзору теоретических основ построения компьютерных сетей.

Вторая глава посвящена исследованию предприятия.

Третья глава посвящена проектированию корпоративной локальной сети и созданию системы видеонаблюдения.



1. Исследование предметной области

1.1 Понятие локальной вычислительной сети

Компьютерная сеть - это совокупность компьютеров и различных устройств, обеспечивающих информационный обмен между компьютерами в сети без использования каких-либо промежуточных носителей информации.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС, Local Area Network, LAN) - это компьютерная сеть, объединяющая компьютеры в пределах одного - двух зданий [1].

ЛВС звездообразной топологии представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1 - Локальная вычислительная сеть

1.2 Эталонная модель взаимодействия открытых систем

Модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection - OSI, ISO/OSI) - гипотетическая (эталонная) модель, предложенная в 1978 году Международной организацией по стандартизации (ISO), описывающая этапы преобразования данных при передаче. Содержит семь уровней, на каждом из которых данные последовательно претерпевают различные преобразования: от образов на прикладном уровне, с которыми непосредственно взаимодействует пользователь до электромагнитных сигналов линии связи на уровне физическом. Структура модели OSI представлена на рис. 1.2.

Рис. 1.2 - Эталонная модель взаимодействия открытых систем

1.2.1 Уровень 7, прикладной

На этом уровне пользователь работает с информацией, представленной образами. На данном уровне работают прикладные программы и службы, такие, как браузеры, клиенты электронной почты, программы для обмена мгновенных сообщений, сетевые компьютерные игры, и т.п. Каждая служба имеет свой прикладной протокол. Перечислим некоторые службы прикладного уровня:

- WWW (World Wide Web, Всемирная паутина), использует протокол HTTP.

- Служба электронной почты имеет 2 протокола: POP3 и SMTP для приема и отправки сообщений. На сегодняшний день почтовые программы используются редко, значительно чаще работа с электронной почтой производится средствами Web-интерфейса.

- NNTP (Network News Transport Protocol) - в большинство почтовых программ включены средства для работы со службой телеконференций. На сегодняшний день служба практически не используется.

- FTP (File transport protocol - протокол передачи файлов).

- SMNTP (Simple network managed protocol - протокол управления сетевыми устройствами).

- SMB (Server message blocks) - протокол доступа к общим ресурсам в операционных системах Microsoft.

- BitTorrent - протокол пиринговых файлообменных сетей.

- DNS - служба преобразования доменных имен.

- DHCP - протокол динамического назначения IP-адресов узлам сети.

- FTAM (File Transfer Access and Management - протокол для передачи, доступа и управления файлами).

- Telnet;

- LDAP (Lightweight Directory Access Protocol - протокол прикладного уровня для доступа к службе каталогов).

1.2.2 Уровень 6, представления

Уровень представления обеспечивает работу вышестоящего прикладного уровня, преобразование протоколов и шифрование данных. Это уровень операционной системы компьютера. Если на прикладном уровне пользователь имеет дело с образами в чистом виде, то на уровне представления все образы представляются файлами.

Этот уровень является промежуточным для преобразования информации из соседних уровней. Это позволяет организовать обмен информацией между компьютерами с разнородными операционными системами или без таковых.

Также, на этом уровне работают различные алгоритмы сжатия информации, осуществляется контроль доступа.

Когда возникает необходимость защиты данных от перехвата их посторонними лицами, применяется шифрование и дешифровка данных с помощью специальных протоколов, работающих на уровне представления.

Изображения, музыка и прочие мультимедийные данные преобразуются в битовые потоки для передачи по сети - это тоже происходит на уровне представления.

Поскольку уровень представления - есть уровень операционной системы, на нем действует множество стандартов на файлы, страницы кодировок, и т. п.

Необходимо упомянуть стандарт MIME (Multipurpose Internet Extensions - многоцелевое расширение электронной почты Интернета). Одна из его полезных функций используется на уровне представления: он четко устанавливает соответствие между расширением файла, его заголовками и внутренним содержимым.

Еще одним примером является стандарт растровой графики, разработанный Объединенной экспертной группой по фотографии (Joint Photographic Experts Group). Часто его называют просто JPEG.

1.2.3 Уровень 5, сеансовый

В задачу сеансового уровня входит установление и поддержание устойчивого сеанса связи.

На этом уровне реализовано 3 режима установки сеансов:

- Симплексный (передача данных осуществляется в одном направлении);

- Полудуплексный (передача данных поочередно в двух направлениях);

- Полнодуплексный (одновременный прием и передача данных);

Сеансовый уровень позволяет вставить в поток данных специальные контрольные точки. Эти точки контролируют процесс передачи данных при разрыве связи. На этом же уровне происходит авторизация и аутентификация.



1.2.4 Уровень 4, транспортный

На транспортном уровне происходит разбивка передаваемых данных на пакеты определенной длины, обеспечивается их прием и передача, контролируется доставка пакетов. Протоколы транспортного уровня выполняют нумерацию пакетов. Отличие транспортного уровня от остальных заключается в том, что он является граничным и связующим между верхними и нижними уровнями модели OSI. Наиболее распространенные протоколы транспортного уровня:

- TCP (Transmission control protocol) - протокол транспортного уровня стека TCP/IP с гарантией доставки данных при передаче.

- UDP (User datagram protocol) - протокол, аналогичный TCP, но без гарантии доставки данных при передаче.

1.2.5 Уровень 3, сетевой

На сетевом уровне к пронумерованным пакетам транспортного уровня добавляется еще один заголовок - IP-адрес отправителя и получателя. На этом уровне действует только один протокол - IP (Internet Protocol). Также, на этом уровне работают специальные сетевые устройства - маршрутизаторы, в задачу которых входит выбор оптимального маршрута данных при передаче.

1.2.6 Уровень 2, канальный

Функция канального уровня состоит в обеспечении взаимодействия сети на физическом уровне, контроле и корректировании ошибок. Битовые потоки физического уровня подвергаются преобразованию в кадры, происходит их проверка на целостность и, если необходимо, коррекция ошибок. Если возникает необходимость, протоколы канального уровня организовывают повторный запрос поврежденного кадра на сетевой уровень.

На канальном уровне происходит обеспечение корректности передачи кадров путем помещения битовой последовательности в начало и конец кадра; происходит вычисление контрольных сумм. При приеме получатель снова вычисляет контрольную сумму. Если имеются различия контрольных сумм, то фиксируется ошибка и формируется запрос на повторную передачу. Если контрольная сумма верна, считается, что передача кадра прошла успешно и он принимается.

Следует отметить, что для сетей Ethernet функция исправления ошибок на канальном уровне не является обязательной.

С одной стороны канальный уровень взаимодействует с сетевым уровнем, с другой - с физическим, контролируя и управляя этим взаимодействием.

Стандартом IEEE-802 канальный уровень разделен на два подуровня: MAC и LLC. Первый регулирует доступ к среде передачи и напрямую связан с аппаратурой сети, а LLC берет на себя обслуживание и взаимодействие с сетевым уровнем.

На канальном уровне работают сетевые адаптеры, коммутаторы, осуществляется физическая MAC-адресация. С точки зрения операционной системы компьютера, этот уровень представляет драйвер сетевого адаптера.

1.2.7 Уровень 1, физический

Представляет собой самый нижний уровень модели OSI. Определяет метод передачи данных, представленных в бинарном виде от отправителя к получателю и обратно.

Разработкой спецификаций физического уровня занимаются IEEE, EIA, ISO, ITU и другие организации.

На данном уровне устройства, используя спецификации и протоколы физического уровня, осуществляют передачу сигналов по линии связи, их прием и обратные преобразования.

На этом уровне определяются такие характеристики физических сред передачи данных, как волновое сопротивление, частотных характеристики кабелей, помехозащищенность, стандарты на разъемы, обжимку и разводку проводников и другие. Оговариваются уровни напряжений или токов, соответствующие логическим нулям и единицам, тип кодирования, а также согласование скоростей передачи сигналов.

На физическом уровне работают такие устройства, как преобразователи среды (медиаконвертеры), повторители (репитеры) и концентраторы и сетевые адаптеры.

На всех устройства, подключенных к сети, реализуются функции физического уровня, к нему относятся физические, электрические, оптические интерфейсы между взаимодействующими устройствами. С точки зрения компьютера, функции данного уровня берет на себя сетевой адаптер.

Спецификации и стандарты физического уровня определяют такие среды передачи данных, как коаксиальный кабель, витая пара различных категорий, различные типы оптических кабелей, и т.п.

1.3 Протоколы IEEE 802

Кроме семиуровневой модели OSI/ISO существует и модель «Project 802», разработанная IEEE США в 1980 году. Модель была разработана в феврале, отсюда и название - «Project 802».

Спецификации IEEE «Project 802» имеют отношение к канальному и физическому уровням модели OSI. Разработаны 12 спецификаций этой модели, рассмотрим некоторые из них:

- 802.1 - описывает объединение сетей с помощью различного сетевого оборудования;

- 802.2 - описывает управление логической связью на подуровне LLC;

- 802.3 - описывает сети с методом доступа CSMA/CD и шинной топологией (Ethernet 10 Мбит/с);

- 802.4 - спецификация шинной топологии в сетях Token Ring;

- 802.5 - спецификация кольцевой топологии в сетях Token Ring;

- 802.6 - городская сеть (Metropolitain area network, MAN) с расстоянием между абонентами более 5 км;

- 802.7 - широкополосная технология передачи данных;

- 802.8 - описывает оптико-волоконные среды передачи;

- 802.10 - описывает стандарт стандарты и алгоритмы шифрования данных в сетях;

- 802.11 и его дополнения (802.11a, и т.п.) - группа спецификаций беспроводной связи.

- 802.12 - 100VG-AnyLAN.

1.4 Общая классификация локальных сетей

1.4.1 По архитектуре

Существуют 2 принципиально отличающиеся друг от друга архитектуры ЛВС: одноранговые и иерархические (клиент-серверные).

В одноранговой сети все компьютеры имеют равные права, выделенный сервер отсутствует, но каждая рабочая станция может выступать одновременно в роли клиента и сервера. Учетные записи пользователей хранятся на локальных компьютерах. Достоинством одноранговых сетей можно считать относительную гибкость, а отсутствие выделенного сервера позволяет пользователям самим управлять разделяемыми ресурсами своих компьютеров. Достоинством можно считать и отсутствие необходимости в централизованном системном администрировании, однако, с ростом сети это достоинство становится ключевым недостатком данной архитектуры. Однако, выход из строя сервера повлечет за собой невозможность доступа к общим ресурсам и входу в систему для пользователей сети.

Принято считать, что одноранговая организация локальной сети эффективна при количестве рабочих станций, не превышающих десяти. Конечно, следует учитывать и специфику решаемых такой сетью и рабочими станциями задач. Как правило, такой подход используется в малых офисах для объединения нескольких рабочих станций с целью, к примеру, совместного использования принтера, подключенного к одной из них.

Клиент-серверная архитектура используется, когда количество пользователей, рабочих станций, разделяемых ресурсов велико и существует необходимость четкого разграничения прав пользователей к ресурсам сети. Эта архитектура предполагает наличие выделенного сервера, на котором хранятся списки учетных записей, рабочих станций и общих ресурсов сети.

Сервером называют выделенный компьютер, который только предоставляет различные сервисы другим компьютерам сети, но сам ресурсов их не использует, т.е. служит только задачам сети. Клиент-серверная архитектура, как правило, предполагает использование службы каталогов Active Directory (AD, в терминах Microsoft). Все сети данной архитектуры являются управляемыми, администрируемыми. К примеру, если на предприятии появился новый сотрудник, ему необходимо создать учетную запись и назначить права доступа. Соответственно, возникает потребность в системном администрировании и соответствующем специалисте, который будет работать на регулярной основе, что можно бы было считать недостатком данной архитектуры, но в больших сетях [2] это с лихвой компенсируется централизованной управляемостью, повышенным уровнем безопасности, применением групповых политик к клиентским компьютерам.

1.4.2 По топологии

Под топологией понимается способ соединения компьютеров в сеть.

Можно выделить следующие виды сетевых топологий:

- Шинная (bus): все устройства параллельно соединены единой линей связи, информация от одного узла передается всем остальным. Является пассивной топологией. В этом случае полоса пропускания разделяется между всеми узлами и, чем больше узлов в сети, тем ниже ее скорость. Можно сказать, что скорость соединения (пропускная способность) сети обратно пропорциональна количеству подключенных узлов. Узлы могут одновременно либо передавать, либо получать данные (соответствует полудуплексный режиму работы). Если же передачу данных начнут два или более узла одновременно, возникнет коллизия. В шинной топологии отсутствует центральный элемент, отказ которого привел бы к отказу всей сети в целом, что увеличивает ее надежность. Обычно, при организации сети по данной топологии требуется минимальное количество сетевого кабеля.

Примером сетевой технологии, использующую данную топологию является Ethernet 10Base-2 и Ethernet 10Base-5, отличающиеся типом используемого кабеля («толстый» и «тонкий» коаксиальный кабель).

Структура сети с шинной топологией представлена на рис. 1.3.

Рис. 1.3 - Сеть с шинной топологией

- Звездообразная. Все устройства сети подключаются к центральному узлу, через который и происходит весь обмен информации между станциями. Соответственно, на него ложится вся нагрузка по коммутации трафика.

В качестве центральных узлов в сетях со звездообразной топологией преимущественно применяются 2 вида устройств: коммутаторы (switch) и концентраторы (hub). В данный момент концентраторы практически не применяются, поскольку не выполняют коммутацию пакетов, а лишь повторяют сигнал, пришедший на один порт на все остальные, тем самым полоса пропускания разделяется, подобно тому, как это происходит в сетях c шинной топологией. Применение коммутаторов позволяет предоставить каждому узлу полную полосу пропускания.

Выход из строя отдельного компьютера никак не отражается на работоспособности сети, зато отказ центрального устройства приводит к выходу из строя всей сети. Обрыв кабеля, некачественное соединение, короткое замыкание на линии гораздо проще и быстрее выявить и локализовать, поскольку каждый компьютер подключается к центральному узлу отдельной линией связи. Описанная топология носит название активной (истинной) звезды.

Примером сетевой технологии, использующую данную топологию является Ethernet 100Base-TX.

Сеть звездообразной топологии представлена на рис. 1.4.

Рис. 1.4 - Сеть звездообразной топологии

Достоинством сетей звездообразной топологии состоит в том, что все центральные узлы собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, выявлять и устранять отказы путем, к примеру, отсоединения от коммутатора требуемых станций, а также не допустить проникновение посторонних к коммутаторам. Основным недостатком звездообразных топологий является значительно больший расход кабеля.

Если при шинной топологии все узлы подключены последовательно, друг от друга, «линейно», то при звездообразной топологии для каждой станции необходимо проложить отдельную линию для связи с коммутатором, являющимся центральным узлом всей сети.

Спецификации 100Base-TX и 1000Base-T устанавливают основной именно звездообразную топологию.

- Кольцевая. В кольцевой топологии каждая станция имеет соединение с двумя другими: от одной получает данные, а другой их передает. Четко выделенного центрального устройства в данном типе сетевой топологии нет.

Однако, довольно часто в состав кольца включается специальная станция, которая контролирует приемо-передачу и управляет ей. Понятно, что отказ этой станции влечет за собой отказ всего кольца в целом.

Каждая станция является ретранслятором сигнала, выступая в роли повторителя (репитера), следовательно, затухание сигнала в кольце не имеет значения, а имеет значение лишь его затухание между двумя подключенными друг к другу станциями.

Для подключения новых станций кольцо требуется временно разорвать, что приводит, хотя и к кратковременной, но остановке всей сети. Максимальное количество станций может достигать тысячи и больше.

Данная топология - самая устойчивая к перегрузкам, т.к. в ней принципиально отсутствуют коллизии, в отличии от шины и коммутатор, в отличие от звезды.

Выход из строя хотя бы одной станции, либо повреждение кабеля приводит к отказу всей сети в целом.

Обычно, в сетях с кольцевой топологией прикладывают сразу 2 линии связи.

Если выходит из строя основная линия, вводится резерв.

В некоторых случаях задействуют обе линии: по одной происходит передача запросов от станций, по другой - данных. Теоретически, при этом достигается увеличение скорости передачи вдвое.

В случае отказа какой-либо из линий кольцо переходит в обычный режим, соответственно, снижается пропускная способность кольца.

Примером сетевой технологии, использующую данную топологию является Token Ring, имеющая, на сегодняшний день, лишь историческое значение. Иногда кольцевые топологии применяют в магистральных оптических линиях связи.

Пример сети, использующую кольцевую топологию, представлен на рис. 1.5.

Рис. 1.5 - Сеть кольцевой топологии

Иногда в литературе [3] под сетевой топологией подразумеваются различные понятия, относящиеся к различным уровням архитектуры сети.

- Физическая топология. Определяет схему расположения и прокладки линий связи;

- Логическая топология. Определяет структуру связей, характер распространения сигналов по сети;

- Информационная топология. Характеризует направления информационных потоков в сети.

Неоднозначность понятия топологии может означать, к примеру, что сеть с физической топологией «шина», имеющая выделенный сервер будет считаться информационной звездой, т.к. его отказ повлечет отказ всей сети. И наоборот, сеть звездообразной топологии, где в качестве центрального устройства используется коммутатор, может считаться логической шиной, если является одноранговой.



1.5 Среды передачи данных в локальных сетях

Средой передачи информации называют линии связи, по которым производится обмен информацией между устройствами сети. [4]

Собственно, среда передачи может быть медной, оптической, либо беспроводной (радиоканальной).

1.5.1 Кабели на основе витых пар

На данный момент наибольшей популярностью пользуются кабели на основе витых пар. Они представляют собой несколько скрученных изолированных медных пар проводников, которые, в свою очередь, покрыты внешней полимерной оболочкой.

Витопарные кабели делятся на неэкранированные (UTP) и экранированные (STP).

В свою очередь, STP-кабели делятся на экранированные полностью, с и экраном для каждой пары проводников и комбинированные.

Необходимо отметить, что в некоторых случаях экранирующий слой (фольгу, медную оплетку) необходимо дополнительно заземлить.

Наибольшее распространение получила именно неэкранированная витая пара, благодаря своей невысокой стоимости и удобству прокладки.

При прокладке экранированной витой пары необходимо соблюдать достаточно сложные правила прокладки и монтажа. Также требуется использование специальных экранированных оконечных разъемов.

Также, существуют кабели для внешней прокладки (с устойчивой к воздействию солнечных лучей, перепадов температур и атмосферных явлений, защитной оболочкой).

Согласно стандарту EIA/TIA-568 существует множество категорий кабелей на основе витых пар, однако на сегодняшний день в ЛВС нашли широкое применение лишь несколько [5]. Они приведены в табл. 1.1.



Таблица 1.1

Категории витопарных кабелей ЛВС

Категория	Полоса частот, МГц	Применимость	Примечание
3	16	Ethernet 10BASE-T	Задействованы все 4 пары, применялся в сетях Ethernet со скоростью до 10 Мбит/с. Сейчас практически не применяется.
5	100	Fast Ethernet 100BASE-TX Gigabit Ethernet 1000BASE-T	Из 4 пар проводников задействованы лишь 2 (100BASE-TX) либо все 4 (1000BASE-T). Оставшиеся 2 пары можно использовать для организации отдельной линии связи. Позволяет передавать данные на расстоянии до 100 метров.
5E			Является улучшением и уточнением спецификации для кабеля 5 категории. На сегодняшний день является наиболее часто используемым.
6	250	Gigabit Ethernet 10GBASE-T	Представляет собой неэкранированный кабель, возможна передача данных на скорости 10 Гбит/с на расстоянии до 55 метров.
6A	500	Gigabit Ethernet 10GBASE-T	Улучшенная спецификация, частотные характеристики увеличены вдвое, что позволяет передавать данные на расстоянии до 100 метров.

1.5.2 Коаксиальные кабели

Коаксиальный кабель представляет собой кабель, состоящий из центрального проводника и металлической оплетки, разделенных диэлектриком. Ранее применялся в сетях Ethernet 10BASE-T шиной топологии. На сегодняшний день практически не используется.

Современные стандарты структурированных кабельных систем (СКС) не включают его в типы допустимых кабелей. [7]

1.6 Оборудование для локальных сетей

Класс оборудования, применяющегося в локальных сетях, достаточно широк и служит для обеспечения взаимодействия между абонентами в сети.

Выбору сетевого оборудования следует уделить самое пристальное внимание, учитывая целесообразность применения тех или иных решений, поскольку стоимость сетевого оборудования, особенно активного - наиболее затратная часть в построении любой сети.

Учитывая, что на сегодняшний день все еще применяются различные технологии локальных сетей, замена оборудования предполагает существенные материальные и трудозатратные издержки.

Все многообразие сетевого оборудование можно условно разделить на активное и пассивное.

К активному сетевому оборудованию относятся сетевые адаптеры, коммутаторы, маршрутизаторы, трансиверы, медиаконвертеры (преобразователи среды), и другие устройства.

К пассивному оборудованию обычно причисляют собственно сетевой кабель, разъемы (коннекторы), кроссировочные панели, и другие элементы структурированных кабельных систем, а также их в целом.

Ниже представлен обзор некоторых типов сетевого оборудования.

1.6.1 Сетевые адаптеры

Сетевой адаптер (NIC - Network interface card) служит для физического подключения компьютера к сети.

Относится к обязательному (основному) оборудованию локальной сети. Сетевые платы работают на канальном уровне модели OSI и обеспечивают преобразование информации в сигналы той физической природы, которую использует линия связи по соответствующему протоколу (уровни напряжений в витопарных кабелях, радиоволны при использовании беспроводных каналов, оптические импульсы при использовании в качестве среды передачи волоконно-оптических линий связи).

Может представлять из себя плату расширения PCI (PCI-E, ранее применялись платы ISA), либо быть интегрированной в системную плату компьютера. (наиболее часто встречающийся, на сегодня вариант). Внешний сетевой адаптер представлен на рис. 1.6. Существуют сетевые адаптеры с интерфейсом USB (рис. 1.7). Имеет разъем для подключения линии связи.



Рис. 1.6 - Сетевой адаптер D-Link DGE-530T (10/100/1000 Мбит/с)

Рис. 1.7 - Сетевой адаптер D-Link DUB-1312A1A с разъемом USB

Сетевые адаптеры, а также другие устройства, работающие на канальном уровне модели OSI используют т.н. физическую адресацию. В качестве адреса устройства сети используется MAC-адрес. Представляет собой записанный в шестнадцатеричном виде буквенно-цифровой код, являющийся уникальным для каждого сетевого устройства. Назначается производителем и хранится в ПЗУ. Изменить его нельзя. Диапазоны MAC-адресов распределяются между производителями сетевого оборудования IEEE. [8]

1.6.2 Коммутаторы

Коммутаторы относятся к активному сетевому оборудованию, в сетях Ethernet звездообразной топологии являются центральной точкой, к которой подключаются все устройства сети. Ранее применялись т.н., концентраторы, которые также являлись центральным звеном, однако не коммутировали пакеты между станциями, всего лишь повторяя принятый сигнал от одной станции и передавали его всем остальным, т.е., являлись повторителями. По этой причине некоторые специалисты придерживаются мнения, что концентратор нельзя в полной мере считать активным сетевым устройством [9]. В этом случае полоса пропускания локальной сети разделилась между всеми устройствами.

Коммутаторы принимают информацию от одной станции и передают ее не всем хостам сразу, а непосредственно получателю, используя MAC-адресацию. Для этого каждый коммутатор строит в своей памяти адресную таблицу с MAC-адресами устройств, которые подключены к его портам. В этом случае каждое сетевое устройство получает полную полосу пропускания.

1.6.3 Маршрутизаторы

Так же, как и коммутаторы, относятся к активному сетевому оборудованию. Существуют аппаратные и программные маршрутизаторы. В последнем случае оный представляет собой компьютер с несколькими сетевыми адаптерами (по количеству подключенных сетей). Работают на сетевом уровне модели OSI, обеспечивая маршрутизацию пакетов на основе IP-заголовков (логическая адресация). Чаще всего применяются для объединения нескольких сетей или подсетей одной большой сети. Если в сети применяется маршрутизатор, все станции должны знать о его существовании для связи с другими сетями. Маршрутизации подвергается не вся приходящая информация, а лишь та, которая адресована в другую сеть. Отличительной чертой марутизаторов является то, что они не пропускают в другую сеть (сегмент) широковещательные запросы.

Маршрутизаторы могут передавать пакеты по самым различным маршрутам, в отличие от коммутаторов, требующих, чтобы путь передачи информации в пределах сегмента был единственным и запрещающих образование петель.

Чтобы связать локальные сети разных типов также применяются маршрутизаторы, причем для маршрутизатора не представляет сложности преобразование формата пакетов.

Поскольку маршрутизаторы не пропускают широковещательных запросов, они хорошо решают задачи объединения высокосортных и медленных сегментов и защиты их от перегрузок.

1.7 Современные стандартные технологии локальных сетей

Первые локальные сети появились в конце 60-х годов. Сетевых технологий насчитывается несколько сотен, некоторые из них ушли в прошлое, некоторые применяются по сей день. Однако, наибольшее распространение получили лишь несколько. Большой вклад в стандартизацию сетевых технологий внесла Международная организация стандартизации (ISO - International Organization for Standardization), Институт инженеров электротехники и электронике (IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers), Международный союз электросвязи (ITU - International Telecommunication Union), а также крупные компьютерные компании, такие как Dell, HP, Xerox.

К сожалению, далеко не всегда стандартные технологии локальных сетей обладают такими характеристиками, которые обеспечивают оптимальные режимы обмена информацией. Однако, их преимуществом являются большие объемы выпуска сетевого оборудования и, соответственно, его невысокая стоимость. Следует заметить, что разработчики операционных систем и сетевого программного обеспечения опираются в первую очередь на самое распространенное сетевое оборудование. Для конечного пользователя это гарантирует отсутствие проблем, связанных с поиском и программной поддержкой нестандартного сетевого устройства.

На сегодняшний день наблюдается постепенное сокращение количества стандартов компьютерных сетей. Только крупные гиганты IT-индустрии могут позволить себе вкладывать средства в дорогостоящие разработки, которые необходимы для увеличения скорости передачи до 1000, 10000 и выше мегабит в секунду (Мбит/с).

Следует заметить, что в настоящее время у многих компаний и частных лиц уже имеется определенное сетевое оборудование, и они совсем не расположены его менять вслед за выходом очередной, более скоростной технологии. Соответственно, разработчики стараются придерживаться прямой и обратной совместимости разрабатываемых сетевых устройств.

1.7.1 Ethernet

В 1972 году компания Xerox представила технологию Ethernet. Разработка была поддержана DEC и Intel. На сегодняшний день технология Ethernet де-факто занимает место основного стандарта для построения локальных сетей. Это объясняется ее давней официальной стандартизацией (1980г.), простотой и относительной дешевизной оборудования, благодаря массовому рынку.

В качестве среды передачи в раннем стандарте использовался коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, скорость обмена данными составляла 10 Мбит/с, при этом полоса пропускания разделяется между устройствами. Метод доступа - CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection - множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий). Стандарт устанавливает ограничение на максимальную длину сети (не более 5 км), на максимальное количество устройств в сети (не более 1024) и длину сегмента (не более 500м.). Топология - общая шина. Институтом инженеров электротехники и электроники технологии стандарту было присвоено название IEEE 802.3. Согласно данному стандарту, возможны следующие режимы:

- полудуплексный (half-duplex), допускающий хосту одновременно либо передавать, либо получать данные;

- полнодуплексный (full-duplex), допускающий передавать и принимать данные одновременно в обе стороны.

Из-за слабой детализации стандарта IEEE 802.3 некоторое сетевое оборудование оказывалось несовместимым между собой.

1.7.2 Fast Ethernet

В 1999 году был разработан стандарт IEEE 802.3u, получивший название Fast Ethernet. Скорость передачи данных была увеличена в 10 раз - до 100 Мбит/с. Коаксиальный кабель был исключен из допустимых сред передачи, вместо него были введены витопарные и оптико-волоконные кабели.

Основной физической топологией сетей Fast Ethernet является «звезда».

Как и в случае классической Ethernet, стандарт Fast Ethernet установил три основные спецификации:

- 100Base-TX (сдвоенная витая пара);

- 100Base-T4 (используются все 4 пары);

- 100Base-FX (используется оптическое волокно);

На сегодняшний день широкое распространение получила спецификация 100Base-TX, остальные не нашли широкого применения.

Основные достоинства технологии Fast Ethernet:

- Увеличение скорости передачи до 100 Мбит/с;

- Звездообразная топология сети;

- Сохранение метода доступа CSMA/CD.

Поскольку спецификация 100Base-TX использует только две пары проводников (одна для приема, другая для передачи), оставшиеся 2 пары можно использовать для нужд телефонии или для организации отдельного канала.

В отличие от классической спецификации, стандарт Fast Ethernet задает более жесткие требования к среде передачи. Если для сети Ethernet допускалось применение неэкранированной витой пары категории 3, то стандарт Fast Ethernet предписывает использование кабеля не ниже пятой категории (UTP категории 5).

1.7.3 Gigabit Ethernet

Технология Gigabit Ethernet впервые появилась в 1999 году как стандарт IEEE 802.3z, использующий оптоволоконный кабель. В этом же году появился стандарт IEEE 802.3ab, предполагающий использование неэкранированной витой пары категории 5, 5e и 6 (используются все 8 проводников).

Технология Gigabit Ethernet, как и своя предшественница, Fast Ethernet, сохраняет обратную совместимость с предыдущими сетями, что позволяет в некоторых случаях использовать уже имеющуюся кабельную инфраструктуру. Благодаря использованию того же метода доступа к среде передачи, а также сохранению прежнего формата кадра отсутствует необходимость в преобразовании протоколов в местах соединения с сегментами предыдущих стандартов. В связи с ростом производительности персональных компьютеров преимущества Gigabit Ethernet становятся все более очевидными. Встроенный сетевой адаптер современных компьютеров, как правило, уже поддерживает технологию Gigabit Ethernet.

Стандартом определено несколько спецификаций:

- 1000Base-SX (используется многомодовый оптоволоконный кабель, расстояние до 550 м, диодные передатчики;

- 1000Base-LX (используется многомодовый или одномодовый оптоволоконный кабель, расстояние до 500 м;

- 1000Base-T (используется неэкранированная витая пара cat. 5(e), расстояние до 100 м.

Технология Gigabit Ethernet работает только в дуплексном режиме. Полудуплексный режим на практике реализован не был.

В настоящее время сегменты сети Gigabit Ethernet применяются, как правило, в качестве магистральных каналов, связывающих несколько зданий, опорные узлы городской сети операторов связи, и т.д.

Данная технология становится популярной в домашних сетях. [10]

2. Исследование предприятия

2.1 Организационная структура

Организационная структура «ФГБУ ЦППМСП» - предприятия, для которого выполняется создание сети, представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1 - Организационная структура предприятия

Как видно на рис. 2.1, организацию возглавляет директор.

Ряд направлений деятельности курируют 4 заместителя, непосредственно подчиняющиеся директору.

Финансовый учет осуществляет бухгалтерия во главе с главным бухгалтером. Основным видом деятельности организации является сбор статистической информации со школьных образовательных учреждений, просветительская работа с родителями и учащимися, а также поддержка и сопровождение детей с особенностями развития.

Для решения этих задач в штате организации организованы три отдела, возглавляемые методистами. Штат сотрудников составляет 24 человека, из них 21 имеет компьютеризированное рабочее место.



2.2 План помещений

Предприятие занимает 1 этаж типового муниципального здания.

Тренинговый зал представляет собой самое большое помещение предприятия.

Помещение каждого отдела представляет собой отдельную комнату, имеющую перегородку для работы методистов; эти помещения соединены общим коридором. Каждый кабинет имеет отдельный вход.

Кабинет директора, его заместителей и приемная расположены в отдельном помещении и также имеют перегородки с отдельными входами.

На этой же стороне расположено помещение бухгалтерии. Кабинет главного бухгалтера находится внутри помещения и отделен перегородкой.

План расположения кабинетов с отделами представлен на рис. 2.2.

Рис. 2.2 - План расположения кабинетов на предприятии

2.3 План расположения ПК и оргтехники по кабинетам

В тренинговом зале имеется ноутбук и проектор, соединенные VGA-кабелем. Методисты имеют рабочее место, оснащенное компьютером и персональным принтером. Линейные сотрудники отделов имеют от 2 до 4 ПК и один принтер на кабинет, подключенный локально к одному из компьютеров. В приемной установлен компьютер, имеющий подключение к Интернету и принтер, подключенный локально. В кабинете директора установлен 1 компьютер, не имеющий принтера. В кабинете заместителей установлены 4 компьютера и один принтер, подключенный также локально к одному из компьютеров.

Общее количество рабочих станций составляет 21 единицу, принтеров - 9 единиц, из них 6 единиц планируется сделать сетевыми.

План расположения компьютеров на предприятии представлен на рис. 2.3.

Рис. 2.3 - Расположение компьютеров и оргтехники по кабинетам

2.4 Характеристики компьютерной техники предприятия

На предприятии используются персональные компьютеры и принтеры унифицированной конфигурации. Их аппаратное обеспечение практически одинаково и представлено в табл. 2.1.

На всех компьютерах предприятия установлена лицензионная операционная система Microsoft Windows XP Professional SP3, пакет программ Microsoft Office 2007, архиватор 7-ZIP. Установлен антивирус Лаборатории Касперского.

Таблица 2.1

Аппаратная конфигурация рабочих станций предприятия

Тип комплектующих	Модель комплектующих
Процессор	Intel Celeron J331 2,66 ГГц
Оперативная память	1024 Мбайт
Видеоплата	Интегрированная
Звуковая плата	Интегрированная
Сетевая плата	Интегрированная, 10/100 Мбит/с
Жесткий диск	80 - 160 Гб
Оптический привод	DVD-RW
Блок питания	350-400 Вт
Корпус	Middle Tower
Клавиатура	Стандартная, USB
Мышь	Оптическая, стандартная, USB
Монитор	Samsung SyncMaster 961BF

На компьютерах бухгалтерии установлена система автоматизации учета 1С: Предприятие 8 (для бюджетных учреждений), работающая в файловом режиме.

На всех компьютеризированных рабочих местах используются лазерные принтеры HP LaserJet 1022n, имеющие интегрированный принт-сервер, но подключенные локально, по интерфейсу USB.

У всех рабочих станций, кроме компьютеров бухгалтерии, отсутствуют источники бесперебойного питания.

Следовательно, резервирование питания коммутатора не является оправданным, т.к. при отключении питания отключатся и рабочие станции.

2.5 Организация информационного обмена на предприятии

Используя персональные компьютеры, сотрудники предприятия выполняют работу с документами.

Поскольку ЛВС отсутствует, данные передаются сотрудниками на flash-накопителях между компьютерами для распечатки на принтере (если к компьютеру сотрудника не подключен принтер), внесения правок либо отправке по электронной почте через секретаря.

Не каждый компьютер имеет персональный принтер, а доступ к Интернету и электронной почте у сотрудников отсутствует (имеется лишь у компьютера секретаря в приемной). В работе организации это вызывает определенные неудобства, связанные с крайне низкой оперативностью обмена информацией. Flash-накопители нередко выходят из строя, что часто сопровождается потерей содержащейся на них информации, USB-порты для их установки также постепенно выходят из строя из-за слишком частого их использования. Следует заметить, что далеко не все компьютеры предприятия имеют разъем USB на передней панели корпуса системного блока, поэтому сотрудникам нередко приходится выдвигать системный блок и вставлять flash-накопитель в задние USB-разъемы материнской платы компьютера.

Все рабочие документы хранятся на локальных компьютерах. Их жесткие диски нередко выходят из строя, что потенциально может привести к полной утрате информации, на них содержащейся.

Сотрудники бухгалтерии вынуждены вручную организовывать резервное копирование информационных баз данных системы автоматизации учета «1С: Предприятие» опять же, используя flash-накопители.

Руководство организации настаивает на внедрении новой, перспективной формы работы с клиентами Центра - дистанционном консультировании, а также проведении вебинаров, что в данных условиях не представляется возможным. После объединения всех компьютеров в ЛВС такая возможность появиться.

3. Создание корпоративной сети на предприятии

3.1 Логическая схема локальной сети

Был сделан выбор в пользу сетевой топологии типа «звезда».

Логическая схема локальной сети предприятия представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1 - Логическая схема локальной сети

3.2 Имитационное моделирование

Перед выбором активного сетевого оборудования было произведено имитационное динамическое моделирование в пакете Riverbed Modeler 17.5 Academic Edition.

Цель моделирования - выбор оптимальной скорости работы сети в целом, а также на различных ее участках и исследование результата внедрения брандмауэра на загрузку Интернет-канала.

Модель сети, представленная на рис. 3.2, была сконфигурирована максимально приближенной к тем задачам, которые должна решать будущая реальная сеть: работа с сетевыми папками на сервере, работа с электронной почтой, поиск информации в Интернете, сетевая печать документов, Skype-видеоконференции.

Рис. 3.2 - Схема сети в Reverbed Modeler

Моделирование проводилось по различным сценариям:

- 10Base-T на всех участках сети;

- 100Base-TX на всех участках сети;

-.100Base-TX между рабочими станциями и коммутатором и 1000Base-T между сервером и коммутатором;

- 1000Base-T на всех участках сети.

Был произведен сбор следующих статистических данных:

- общие задержки Ethernet-сети;

- загрузка канала связи, связывающего сервер и коммутатор;

- загрузка канала связи между коммутатором и рабочей станцией;

- загрузка сервера;

- задержки HTTP;

- отдельно была проанализирована загрузка WAN-канала с брандмауэром и без него.

Сводная статистика задержек Ethernet для всех 4 сценариев представлена на рис. 3.3 и рис. 3.4.

Рис. 3.3 - Задержки сети усредненные. Сводный график

Рис. 3.4 - Задержки сети усредненные. Отдельные графики



Загрузка канала сервером - коммутатор представлена на рис. 3.5.

Рис. 3.5 - Загрузка канала между сервером и коммутатором

Загрузка линии между рабочей станцией и коммутатором представлена на рис. 3.6.

Рис. 3.6 - Загрузка линии между рабочей станцией и коммутатором

Влияние брандмауэра на время отклика приложений, работающих по протоколу HTTP представлено на рис. 3.7.



Рис. 3.7 - Время отклика HTTP до и после настройки брандмауэра

Влияние брандмауэра на загруженность WAN-канала представлено на рис. 3.8.

Рис. 3.8 - Влияние брандмауэра на загруженность WAN-канала

Загруженность сервера представлена на рис. 3.9.

Рис. 3.9 - Загруженность сервера

Как видно из представленных графиков, сеть 10Base-T не обеспечивает удовлетворительной работы сети.

Сеть 100Base-TX на всех участках обеспечивает удовлетворительную работу сети, величина загрузки канала и задержек Ethernet примерно соответствует сети 1000Base-T.

Сеть 1000Base-T не дает существенного уменьшения загрузки сети и задержек трафика по сравнению с 100Base-TX, графики задержек и загрузок практически совпадают, следовательно, в данном случае построение ЛВС 1000Base-T является неоправданным.

Оптимальным вариантом является использование канала связи 1000Base-T между сервером и коммутатором и 100Base-TX между коммутатором и рабочими станциями. Увеличив пропускную способность канала, связывающего сервер и коммутатор, удалось снизить задержки и загруженность различных участков сети до очень маленькой величины, что и было представлено выше.

Внедрение брандмауэра позволило снизить загрузку WAN-канала на 63% от изначальной. Следовательно, введение брандмауэра является оправданным.

Результаты моделирования позволили сформулировать минимальные требования к коммутатору:

- не менее 24 портов 100Base-TX;

- не менее 1 порта 1000Base-T;

С учетом расширения сети в будущем, а именно увеличения количества ПК, а также планов администрации арендовать, помимо первого, и второй этаж здания, были сформулированы оптимальные требования к коммутатору:

- 36 - 48 портов 100Base-TX;

- 2 - 4 порта 1000Base-T;

- 1 - 2 дополнительных слотов для установки SFP-трансивера, позволяющего, в будущем, соединить сегменты этажей оптоволоконным кабелем.

3.3 Активное сетевое оборудование

В качестве коммутатора было решено использовать DES-1210-52/B компании D-Link, представленный на рис. 3.10. Это неуправляемый Ethernet-коммутатор, оснащенный 48 портами 10/100Base-TX, 2 портами 10/100/1000 Base-T и 2 комбо-портами 10/100/1000 Base-T/SFP.

Рис. 3.10 - D-Link DES-1210-52/B

Основные технические характеристики представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Технические характеристики D-Link DES-1210-52/B

Интерфейсы	48 портов 10/100Base-TX 2 порта 100/1000Base-T 2 комбо-порта 100/1000Base-T/SFP
Коммутационная матрица, Гбит/с	18
Таблица MAC-адресов	16К
Буфер пакетов	1 Мб
Flash-память	16 Мб
Автообнаружение петель	есть
Диагностика кабеля	есть
Web-интерфейс	есть

Коммутатор имеет активную систему охлаждения, что повышает его отказоустойчивость в условиях повышенной температуры окружающей среды.

архитектура корпоративный доступ компьютерный сеть



3.4 Создание кабельной инфраструктуры

В качестве среды передачи была выбрана одножильная неэкранированная витая пара (UTP) категории 5E. Данный кабель обеспечит требуемую скорость передачи данных, прост в оконечной обжимке и прокладке.

Существует несколько стандартов обжимки витопарного кабеля в сетях Ethernet: TIA/EIA-568B (рис. 3.4.1) и TIA/EIA-568A. Первый стандарт получил распространение в странах СНГ, второй распространен в США. Стандарты перекрестной обжимки (например, для соединения 2 компьютеров напрямую) на сегодняшний день практически не используются и потеряли актуальность.

Рис. 3.12 - Схема обжимки по стандарту TIA/EIA-568B

Следует заметить, что все современное сетевое оборудование автоматически определяет схему обжимки кабеля и подстраивается под нее. Однако, во избежание путаницы, в рамках одной сети предпочтительнее использовать один стандарт и избегать других, например, использовать только TIA/EIA-568B.

Коммутатор был установлен в приемной, под потолком. Жгут кабелей подключен к нему напрямую, без использования розеток или патч-панелей. Рабочие станции и принтеры подключены к портам 10/100Base-TX, а сервер - к высокоскоростному порту 100/1000Base-T. Прокладка всех кабелей осуществлена под навесным потолком, при этом длина каждой линии не превышала 90 метров. В кабинетах предприятия кабель спущен с потолка и проложен вертикально в кабель-каналах. На концах установлены сетевые розетки для принтеров и компьютеров пользователей. Соответственно, сетевые адаптеры компьютеров и принтеров подключены к розеткам патч-кордами той же категории, что и основной кабель.

Схема прокладки кабельных линий представлена на рис. 3.13.

Рис. 3.13 - Схема прокладки кабельных линий

3.5 Аппаратное обеспечение сервера

Требования к аппаратуре сервера определяются:

...